چیلر صنعتی، نوعی چیلر تراکمی است که در صنایع و فرآیند های صنعتی برای تامین سرمایش مورد استفاده قرار می گیرد. سیال واسط چیلر صنعتی عموما آب مقطر و یا آب مقطر به همراه اتیلن گلیکول یا اتیلن پروپیلن به عنوان ضدیخ است. همانطور که در تعریف چیلر صنعتی مشخص شده است، این چیلر نیز نوعی چیلر تراکمی بر مینای سیکل تبرید تراکمی بخار است. چیلر صنعتی دارای 4 بخش اساسی کمپرسور، کندانسور، اواپراتور و شیر انبساط است.
فهرست عناوین :
چیلر صنعتی چیست؟
از برودت و کولینگ تولید شده چیلر صنعتی در خنک کاری تجهیزات و قالب‌های صنعتی مانند فرآیند های شیمیایی، قالب های تزریق پلاستیک، رطوبت‌گیری از هوای فشرده، خنک کاری دیتاسنتر، کنترل دمای اتاق تمیز، خنک کاری روغن ماشین آلات سنگ زنی و سرمایش فرایندی به صورت گسترده برای کاربردهای بالا صفری استفاده میشود.
نوعی از چیلر صنعتی طراحی و ساخته میشود که چیلر صنعتی زیر صفری نامیده میشود و آب و ضدیخ با دمای زیر صفر درجه سانتیگراد تولید می کند. مهمترین تفاوت چیلر صنعتی الیماکول با چیلر تهویه مطبوع و چیلر ساختمانی در این است که چیلرهای صنعتی عموما به صورت دائم کار طراحی می شوند تا در طول کلیه روزهای سال مورد استفاده قرار می گیرد، در صورتی که چیلر تهویه مطبوع و ساختمانی، تنها در فصول گرم سال مورد استفاده قرار می گیرد.
بایستی در نظر گرفت که از چیلر جذبی به ندرت در کاربری صنعتی استفاده میشود. چراکه در صورت استفاده از چیلرهای جذبی در فرآیند های صنعتی، هزینه تامین، بهره برداری و استهلاک بسیار بالایی برای بهره داران به همراه دارد. از طرف دیگر چیلرهای جذبی در ظرفیت‌های برودتی بالا، طراحی و تولید می‌شوند و عموما به دلیل ساختار و مکانیزم سیکل تبرید جذبی، فاقد کنترل ظرفیت سرمایشی پیوسته می‌باشند. لذا با لحاظ این موارد، کارفرمایان و بهره برداران تجهیزات صنعتی، اقبال کمتری را برای استفاده از چیلر جذبی جهت کولینگ صنعتی از خود نشان دهند.
بایستی در نظر داشت که نوعی از چیلر های جذبی در فرآیند صنعتی CCHP تولید همزمان حرارت، برودت و قدرت مورد استفاده قرار میگیرد. این فرآیند به نام تولید همزمان سرما، گرما و برق شناخته میشود و در نیروگاه گازی، بخاری و سیکل ترکیبی، عموما در مناطق گرمسیر و گرم، می توان با استفاده از گرمای خروجی از موتورهای تولید توان و توربین های نیروگاهی، به تولید برودت و سرمایش پرداخت و در این شرایط، تنها و تنها می توان از چیلر جذبی استفاده نمود. اصلی ترین کاربرد چیلر جذبی در جایی است که حرارت اتلافی مانند نیروگاه ها و زمین گرمایی یا خورشیدی وجود دارد. اما متاسفانه در ایران در ساختمان به همراه بویلر استفاده میشود.
اجزای اصلی چیلر صنعتی
اواپراتور چیلر صنعتی
اواپراتور چیلر صنعتی الیماکول برای جذب حرارت از آب و تبدیل آن به آب سرد یا آب چیلد طراحی میشود. این بخش یا قطعه از چیلر صنعتی در سه نوع ساخته میشود. این سه نوع عبارتند از :
- اواپراتور پلیت یا صفحه ای
- اواپراتور Shell&Tube یا پوسته لوله
- اواپراتور مخزنی یا آیس بانکی
با توجه به اینکه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، نوسانات دمایی گسترده ای وجود دارد، آب خنک کننده برگشتی از تجهیزات و فرآیند هاصنعتی به سمت اواپراتور چیلر صنعتی دائما در حال نوسان دما است. جهت جلوگیری از اثر این نوسان دمایی بر روی چیلر و خطرات ناشی از گرم شدن کمپرسورها، در گایدلاین های مهندسی تهویه مطبوع و سرمایش، پیشنهاد میشود از تانک بافر یا مخزن واسط آّ و ضدیخ استفاده شود. لذا عموم تولیدکنندگان چیلر های صنعتی و از جمله الیماکول، بر اساس کاربری مورد نظر، اواپراتور را به سبک آیس بانک Ice Bank طراحی و تولید می کنند. به عنوان مثال، در صنایع تزریق پلاستیک و پلیمر، از اواپراتور مخزنی یا آیس بانکی استفاده میشود. این نوع از چیلرها، به چیلر Mold یا چیلر قالب مشهور هستند.
کندانسور چیلر صنعتی
کندانسور بخش فشار بالای سیکل تبرید چیلر صنعتی است که وظیفه تخلیه گرمای مبرد به محیط بیرون و کاهش دمای مبرد را بر عهده دارد. با توجه به اینکه چیلرهای صنعتی نوعی از چیلرهای دائم کار است که در زمستان و در شرایط آب وهوایی بسیار سرد نیز بایستی کار کنند، طراحی کویل های فین پلیت تیوب کندانسور و کنترل عملکرد فن های کندانسور بایستی به شکلی باشد که در هر شرایطی، پارامترها و الزامات طراحی فشار و دمای سیکل تبرید تراکمی بخار چیلر صنعتی را تامین کند.
البته در بعضی از شرایط، امکان نصب فری کولینگ برای بهره گیری از دمای خنک هوای محیط بیرون نیز وجود دارد. این نوع از چیلر ها، به چیلر فری کولینگ صنعتی مشهور است. با توجه به اینکه چیلر های صنعتی، در تمام طول سال می بایست کار کند و تولید آب چیلد صنعتی جهت سرمایش را داشته باشد، در زمانهایی از سال که دمای هوا بیرون کمتر از دمای آب برگشتی از خط فرایندی باشد، می توان توسط الگوریتم های کنترلی مانند فری کولینگ partial و فری کولینگ Full از هوای بیرون جهت خنک نمودن آب استفاده نمود و مدت زمان خاموشی و استراحت کمپرسور را افزایش داد که کاهش مصرف الکتریکی قابل توجهی را به دنبال خواهد داشت.
در چیلرهای صنعتی، در کنار مبدل های حرارتی کندانسور، از مبدل های حرارتی آبی استفاده می شود که می تواند توسط عبور هوا از روی آن، آب در گردش در آنها را خنک نموده و مستقیما این آب خنک را به فرآیند های صنعتی منتقل نمود که به چیلر فری کولینگ مشهور است. هزینه اولیه بالای خرید این دستگاه، مهمترین مانع در استفاده گسترده آن در صنایع می باشد.
کمپرسور چیلر صنعتی
یکی از اصلی ترین اجزای سیکل تبرید چیلر های صنعتی، کمپرسور چیلر صنعتی است. معمولا در چیلرهای صنعتی، به دلیل شرایط عملکرد، از کمپرسورهای پیستونی و اسکرو استفاده میشود. چراکه کمپرسور های پیستونی و اسکرو قابلیت اطمینان بالاتری در تحمل شرایط سخت صنعتی مانند برگشت مایع یا فشار بالای سیکل تبرید به دلیل آلودگی های محیطی دارند.
از دیگر ویژگی های کمپرسور پیستونی در چیلر صنعتی این است که قابلیت تعمیر دارند و معمولا پس از چند سال کارکرد، سرویس کاملی روی آنها انجام می گیرد تا دوباره در شرایط مناسب کارکرد قرار گیرند. همچنین در اقلیم هایی که آب و هوای گرم و شرجی دارند، استفاده از کمپرسورهای پیستونی مرسوم تر است. چرا که قابلیت تحمل بالایی در فشارهای بالا دارند و کمتر دچار آسیب و خستگی ناشی از تنش های حرارتی و فشار بالای دیسارژ می شوند.
شیر انبساط چیلر صنعتی
شیر انبساط در سیکل تبرید چیلر صنعتی، قطعه ای اساسی و بسیار مهم در کارکرد صحیح و مداوم است. این قطعه در سیکل تبرید چیلر صنعتی دو وظیفه اساسی و ویژه را برعهده دارد:
- کنترل مقدار دبی مبرد ورودی به داخل اواپراتور
- حفظ اختلاف فشار بین کندانسور چیلر صنعتی (ناحیه فشار بالا) و اواپراتور (ناحیه فشار پایین)
در اثر استفاده از شیر انبساط، مایع مبرد پر فشار خروجی از کندانسور چیلر صنعتی، به مخلوط دوفازی مایع و گاز کم فشار با دمای بسیار پایین تبدیل میشود که می تواند با ورود به اواپراتور چیلر صنعتی، آب و ضدیخ را جهت تامین کولینگ و سرمایش فرایندهای صنعتی خنک نماید. عموما در چیلرهای صنعتی با تناژ تبرید یا ظرفیت برودتی بالا، از شیر انبساط الکترونیک و در چیلر های صنعتی با تناژ پایین، از شیر انبساط ترموستاتیکی استفاده میشود. البته در چیلرهای صنعتی زیر صفری، بهتر است حتی در تناژ های برودتی پایین از شیر انبساط الکترونیکی استفاده شود.
کاربرد چیلر صنعتی
چیلرهای صنعتی الیماکول در کاربری های مختلفی در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، صنایع غذایی، صنایع داروئی و پزشکی، و صنایع شکل دهی فلزات و ریخته گری و . . . به صورت گسترده مورد استفاده قرار میگیرد. بخشی از این کاربردها به شرح ذیل است:
کاربرد چیلر صنعتی در صنعت چاپ
خنک کردن غلطک‌هایی که به دلیل اصطکاک و کوره پخت جوهر، گرم می شوند می بایست توسط چیلر صنعتی خنک شوند. آب سرد تولیدی چیلر صنعتی مستقیما به کانال های تعبیه شده در درون ماشین چاپ پمپ می شود و درون آن گردش کرده و گرمای بیش از حد غلتک ها و قسمت هایی از ماشین چاپ که حرارت تولید می کنند را به خود جذب می کند و بعد از آن دوباره به چیلر صنعتی بر می گردد تا مجددا خنک شده و این روند به طور مداوم تکرار می گردد. بدین ترتیب هر دمایی که نیاز باشد به طور کاملا دقیق و به طور مداوم توسط چیلر صنعتی تامین می شود.
کاربرد چیلر صنعتی در صنایع برش لیزر
به دلیل عملکرد بسیار ویژه لیزر در برش فلزات و کیفیت قطعات خروجی، میزان گرمای زیادی در هد و سورس برش لیزر تولید میشود که لازم است جهت جلوگیری از سوختن و ذوب شدن سورس و هد ماشین لیزر به صورت پیوسته خنک شوند. البته در این کاربرد، دمای آب مقطر به گونه ای تنظیم میشود که از تقطیر رطوبت روی دستگاه برش لیزر و قطعات آن نیز جلوگیری شود.
کاربرد چیلر صنعتی در صنایع تزریق پلاستیک
چیلر دستگاه تزریق پلاستیک الیماکول، یکی از انواع چیلر تراکمی است که در فرآیندهای مرتبط با صنعت پلیمر و ماشین آلات تزریق صنعتی جهت سرد کردن دستگاه تزریق، خنک کاری قالب‌های فلزی تزریق پلاستیک، خنک کاری قالب‌های بادی و خنک کاری روغن هیدرولیک دستگاه تزریق پلاستیک به کار می‌رود. استفاده از چیلر تزریق پلاستیک، موجب کاهش زمان تولید و افزایش راندمان و کیفیت تولید قطعات پلیمری و پلاستیک است.
در فرآیند تولید قطعات پلاستیک، استفاده از چیلر تزریق پلاستیک در فرآیند خنک کاری قالب تزریق پلاستیک و قطعه پلاستیک تولید شده، بخش بسیار مهم و اساسی است که زمان بسیار زیادی از پروسه تولید هر قطعه پلاستیکی و پلیمری را نیز به آن اختصاص دارد. با افزایش کیفیت سرد کردن دستگاه تزریق و خنک کاری قالب تزریق پلاستیک، می توان قطعات پلیمری و پلاستیک با کیفیت بالا، پیچیدگی ناچیز و صافی سطح بالا را بدست آورد و زمان تولید قطعات پلاستیکی را به میزان قابل توجهی کاهش داد و در نهایت، هزینه های تولید را به شدت کاهش داد.
کاربرد چیلر صنعتی در صنایع داروسازی
صنایع تولید دارو و داروسازی، تبدیل مواد اولیه شیمیایی و گیاهی به محصولات داروئی جهت استفاده بیماران است. در فرآیند تولید محصولات دارویی، آرایشی و بهداشتی ، نیاز به تامین آب چیلد جهت خنک کاری و کنترل رطوبت پروسه هایی مانند تحقیق و توسعه، پردازش دسته ای، خنک کاری کرم و پماد، عقیم سازی مایعات، تشکیل قرص، بسته بندی و تامین دما و رطوبت اتاق های تمیز تولید و آزمایش داروئی است. همچنین از چیلرهای صنعتی برای جهت خنک کاری دستگاه MRI و کنترل دما و رطوبت اتاق تمیز نیز به صورت گسترده استفاده میشود.
کاربرد چیلر صنعتی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
در پالایشگاه ها و پتروپالایشگاه ها، برای پالایش نفت خام فرایندهایی طی میشود که عموما تولید حرارت دارند و نیاز به دفع گرما دارند. لذا، همواره در فرآیند تولید نیازمند انتقال حرارت از محصولات گرم و داغ و در واقع جذب انرژی حرارتی هستند. لذا، چیلر صنعتی الیماکول برای تولید آب سرد با دمای پایین در صنعت نفت و گاز و پتروشیمی کاربرد ویژه ای جهت افزایش راندمان و کاهش هزینه های تولید و افزایش کیفیت محصولات نهایی دارد.
تعمیرات و نگهداری چیلر صنعتی
با توجه به حساسیت بالای چیلر صنعتی و لزوم کارکرد مداوم آن جهت جلوگیری از توقف تولید در صنایع و خطوط تولید صنعتی، نگهداری و تعمیرات به موقع چیلرهای صنعتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. کنترل جریان الکتریکی مصرفی چیلر، ثبت و کنترل فشارهای مکش و دهش در چیلر، شستشوی به موقع کندانسور جهت جلوگیری از افزایش فشار و دما، کنترل سطح و کیفیت روغن کمپرسور، کنترل دمای آب ورودی و خروجی چیلر صنعتی، کنترل لوله‌کشی‌ها و اطمینان از عدم نشتی از مهمترین مواردی هستند که می‌بایست در نگهداری و بهره داری چیلر صنعتی به آنها توجه شود. استفاده از چیلرهای صنعتی الیماکول به دلیل تولید در داخل کشور، وجود قطعات یدکی و خدمات فنی در دسترس، هزینه‌های نگهداری و تعمیرات را به طرز چشم‌گیری کاهش می‌دهد.
اثرات چیلر صنعتی در کولینگ صنعتی
عملکرد بهینه بسیاری از فرآیندهای صنعتی و ماشین آلات تولیدی که از چیلر صنعتی برای کولینگ استفاده می کنند، وابسته به کارکرد بی وقفه و مداوم چیلر صنعتی است. در واقع، در این صنایع یکی از اساسی ترین پارامترهای موثر در کیفیت و میزان تیراژ قطعات تولیدی، قابلیت اطمینان بالای یا reliability بالای سیستم کولینگ است. از مهمترین اجزای این قابلیت اطمینان عبارتند از:
تولید آب چیلد با دمای ثابت و کمترین انحراف دمایی
در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، کیفیت محصولات تولیدی نهایی و صحت عملکرد تجهیزات که به سرمایش نیاز دارند، وابسته به دمای آب خنکی است که دریافت می کنند. لذا در چیلرهای صنعتی، تلاش میشود تا اثرات فاکتورهای خارجی که در تغییرات دمای آب چیلد موثر است، به حداقل برسد. نگهداری و انطباق شرایط محیطی و عملکردی با شرایط طراحی دستگاه چیلر صنعتی، در ثبات دمای آب چیلد بسیار مهم است.
لذا در زمان ساخت چیلر صنعتی، بویژه در طراحی و تولید اواپراتور ها و کندانسورهای آن می بایست توجه ویژه ای شود. استفاده از شیرهای انبساط الکترونیکی بجای شیرهای انبساط ترموستاتیکی و بکارگیری کنترلر ها و الگوریتم های کنترلی مبتنی بر PID، از دیگر عوامل مؤثر در دستیابی به کمترین تلرانس دمایی آب و ثبات آن در طول کارکرد چیلر صنعتی است.
سرویس دهی مداوم و بی وقفه چیلر صنعتی
با توجه به هزینه های بالای تولید در صنایع، راندمان مناسب ماشین آلات خطوط تولید و کیفیت بهینه محصولات نهایی، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. بنابراین، از کار افتادن خط تولید به هر دلیلی می تواند خسارات مادی فراوانی را به تولیدکننده تحمیل کند. خصوصا که مدت زمان توقف خط تولید تا زمان رفع عیب سیستم کولینگ صنعتی طولانی باشد. در نتیجه، سرویس دهی پایدار چیلر صنعتی، از دغدغه های همیشگی تولید کنندگان و بهر هبرداران چیلرهای صنعتی است.
لذا در تعیین تعداد و ظرفیت سرمایشی چیلرهای صنعتی، اهتمام ویژه ای می بایست لحاظ شوند. چنان که در پروژه های صنعتی، پس از محاسبه نیاز برودتی خط تولید، ضریب اطمینان بالاتری در تعیین ظرفیت نهایی چیلر صنعتی لحاظ میشود و ظرفیت برودتی بیشتری مبنای انتخاب چیلرها قرار خواهد گرفت. طبیعتاً، در پروژه هایی با حساسیت های بالاتر، میزان افزایش ظرفیت و ضریب اطمینان نهایی بالاتر خواهد بود.
به منظور ارتقای قابلیت اطمینان یا reliability سیستم کولینگ صنعتی، عموما بیش از یک دستگاه چیلر صنعتی برای تأمین بار برودتی و سرمایشی در نظر گرفته می شود که گاها در پروژه های با حساسیت بالا، یکی از این چیلرها بعنوان چیلر رزرو یا redundant در نظر گرفته خواهد شد. طرح دیگری که غالباً برای بهبود کیفیت سرویس دهی سیستم خنک کاری و عملکرد مداوم آن لحاظ می شود، افزایش تعداد کمپرسورها و تعداد مدارهای برودتی سیکل تبرید چیلر صنعتی است.
ویژگی های چیلر صنعتی
چیلر صنعتی ویژگی های خاصی دارد که در انواع ساختمانی آن که برای تهویه مورد بهره برداری قرار می گیرد، این موارد دیده نمی شود. نکته اینکه این ویژگی های خاص باعث افزایش قیمت چیلر صنعتی نسبت به نوع ساختمانی آن می شود و به همین خاطر انواع صنعتی آن قیمت بیشتری نسبت به انواع ساختمانی آن دارد. مهمترین ویژگی های انواع چیلر صنعتی عبارتند از :
- با توجه به این نوع از چیلرها در روزهای سرد سال و فصول سرد هم باید در حال کار و سرویس دهی باشند (بر خلاف چیلرهای ساختمانی و چیلرهای تهویه مطبوع که فقط در فصل گرم در حال کار و سرویس دهی هستند) ، باید حتما از گرمکن کمپرسور در انواع چیلر صنعتی استفاده کرد تا همیشه روغن کمپرسور آن در دمای مناسب نگه داشته شود.
- در چیلرهای صنعتی باید از رسیور Receiver بزرگتر نسبت به انواع چیلرهای غیر صنعتی استفاده کرد. به این خاطر که باید مایع بیشتری در مدار این نوع از چیلرها جهت کار در فصول سرد ، شارژ شود و برای نگهداری مایع بیشتر در روزهای گرم سال باید رسیور بزرگتر طراحی و نصب شود.
- قسمت کنترل و الکتریکال دستگاه چیلر صنعتی که تابلو است، باید به طور کامل در برابر نفوذ آب باران و یا شستشوی های دوره PM آب بندی نمود و اصلاحا بایستی IP دار باشد.
- سیستم آنتی فریز Anti-freeze جهت کنترل یخ زدگی اواپراتور و کنترلر دستگاه باید از نوع کاملا با کیفیت انتخاب شود. حتی الامکان بهتر است که سیستم ضد یخ به صورت دوبل طراحی شود تا نسبت به یخ نزدن مدار دستگاه اطمینان کامل حاصل شود.
- در مدار آب این نوع از چیلرها باید از ضد یخ بیشتری نسبت به انواع غیر صنعتی استفاده شود تا دستگاه در روزهای سرد سال ، بدون وقفه و بدون نگرانی بتواند کار کند و از یخ زدگی آب چیلر صنعتی جلوگیری شود.
